納米電化學(xué)的核心問題之一是測量界面的微觀化，進(jìn)而探索和調(diào)控納米尺度下電荷傳輸和物質(zhì)傳遞過程；而微觀化引起的電化學(xué)限域和界面尺度效應(yīng)將隨之顯現(xiàn)。納米碰撞電化學(xué)是利用納米材料和電極表界面的碰撞信號對納米材料的性能進(jìn)行研究的一種均相電化學(xué)分析方法。該方法不僅可以在納米限域尺度內(nèi)考察納米材料的物化性質(zhì)及構(gòu)效關(guān)系，還可以服務(wù)于基于單顆粒電分析的生物傳感應(yīng)用。與宏觀電化學(xué)方法相比，納米碰撞電化學(xué)可以提供單顆粒水平的動(dòng)態(tài)電化學(xué)信息，顆粒傳質(zhì)效率的提升可避免傳質(zhì)受限對動(dòng)力學(xué)信息準(zhǔn)確提取的影響，因此，納米碰撞電化學(xué)可作為準(zhǔn)確分析特定生物分子的有力工具。近年來，納米碰撞電化學(xué)在分析多種生物待測物方面得到了諸多應(yīng)用，包括核酸、蛋白、脂質(zhì)體、細(xì)胞、細(xì)菌、病毒等。

近日，中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所研究員繆鵬團(tuán)隊(duì)發(fā)展了銀納米顆粒/DNA水凝膠組裝體系，基于銀納米顆粒在多硫化物層的電化學(xué)氧化設(shè)計(jì)了一種新型的納米碰撞電化學(xué)傳感策略：通過CRISPR/Cas響應(yīng)的DNA水凝膠和級聯(lián)DNA鏈置換信號放大，在絲網(wǎng)印刷電極表面實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)核酸的無標(biāo)記電化學(xué)檢測。當(dāng)目標(biāo)序列存在時(shí)，通過鏈置換和催化發(fā)卡組裝可以獲得包含原間隔相鄰基序的雙鏈DNA，研究人員激活CRISPR/Cas12，進(jìn)而反式切割DNA水凝膠中的連接單鏈。通過凝膠到流體的相變，該研究實(shí)現(xiàn)銀納米顆粒的釋放。絲網(wǎng)印刷電極表面修飾的金層和多硫化物層能夠顯著增強(qiáng)銀納米顆粒的電化學(xué)氧化動(dòng)力學(xué)，從而提高有效碰撞頻率。該方法通過采集碰撞頻率信息進(jìn)行目標(biāo)核酸的量化，克服了電流波動(dòng)和納米顆粒異質(zhì)性的干擾，并在生物樣本測試中表現(xiàn)出高度特異性和穩(wěn)定性，對miR-141的檢測限低至4.21aM。該工作中發(fā)展的納米碰撞電化學(xué)傳感器具有較高靈敏度，能夠?yàn)楹怂岱治黾芭R床診斷提供有力工具。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《納米快報(bào)》（Nano Letters）上。研究工作得到江蘇省杰出青年基金的支持。

基于納米碰撞電化學(xué)策略的高靈敏核酸檢測示意圖

絲網(wǎng)印刷電極的修飾和銀納米顆粒的電化學(xué)碰撞

用于目標(biāo)miRNA檢測的靈敏度、選擇性及生物樣本分析